开展洛阳市矿山地质环境脆弱性调查与评价方法探讨

吕志涛,吴建军,聂昊天,

(1.河南省地质调查院,河南 郑州 450000;2.河南省有色地质三队,河南洛阳 471000;3.河南省地矿局第一地质工程院,河南 驻马店 463000)

开展洛阳市矿山地质环境脆弱性调查与评价方法探讨

吕志涛1,吴建军2,聂昊天3,

(1.河南省地质调查院,河南 郑州 450000;2.河南省有色地质三队,河南洛阳 471000;3.河南省地矿局第一地质工程院,河南 驻马店 463000)

洛阳市矿产十分丰富。矿产开发利用易引发地面塌陷、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害,并引发含水层破坏及地形地貌景观破坏等地质环境问题。在充分收集前人资料,以填表调查为主,选取典型矿山特采取实地核查,辅以遥感解译、物化探等措施,以取得真实可靠的调查结果。通过资料综合分析、归纳整理,对矿山地质环境现状进行评估,分析矿山地质环境问题发展趋势,提出矿山地质环境保护及矿山生态环境恢复治理的对策建议。

矿山地质环境;技术方法探讨;地质环境保护

1 地质背景概况

1.1 自然地理

1.1.1 工作区位置

洛阳位于河南省西部,地理坐标东经 11 0°7′59″～112°58′52″,北纬 33°33′27 ″～ 35 °04 ′34 ″。 总面积 15 208 km2。下辖九县(市)六区,人口 600余万。是我国著名新兴工业城市,素有“九朝古都”美称。陇海、焦枝两铁路及 G 310、G 207两条公路交汇于此,连霍高速公路横贯于市区北部,洛(阳)界(首)高速公路从市区东部穿过,是铁路、公路重要交通枢纽。“洛阳牡丹甲天下”,以花为“媒”,连续举办牡丹花会,为洛阳旅游业的蓬勃发展提供基础。

1.1.2 气象、水文

洛阳市属暖温带大陆性半湿润半干旱季风气候区,具有四季分明年平均气温 14.7℃,年平均降水量 606.9mm,多年平均蒸发量为 1 829.1mm。

境内河渠密布,分属黄河、淮河、长江三大水系。洛河为黄河一级支流,由宜阳县境流入市区,全长 447 km,流域面积12 840 km2。多年平均流量 69.13m3/s,最大流量 7 230m3/s,年平均径流量 21.8亿 m3。

1.2 地质背景

1.2.1 地形地貌

洛阳地处豫西山区,东接嵩山,西依秦岭,北靠太行、黄河,南望伏牛山,总地势西高东低,呈扇形向东展开,海拔 500～2 000m。境内山川丘陵交错,地形错综复杂,其中山区45.51%,丘陵 40.73%,平原占 13.8%。

1.2.2 地层

本区地层分属华北地层区豫西分区,熊耳山小区、渑池-确山小区及嵩箕小区。区内地层自太古界至新生界,除缺失志留系,泥盆系外,其余各系均有出露。

1.2.3 构造

本区位于中朝准地台华熊台缘坳陷内,东部小部分位于嵩箕台隆的西部。自太古代以来,本区曾经受了嵩阳、中条、王屋山、印支、燕山、喜山等多期构造运动。这些构造运动除中岳期应力方向为近东西向外,其它各期多为南北向,从而生成了本区以东西向为主的构造形迹。

1.2.4 水文地质条件

地下水类型为松散岩类孔隙水、碎屑岩类空隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和基岩裂隙水。松散岩类孔隙水主要分布于洛阳盆地平原区,以及黄河、汝河.洛河、伊河及其较大支流主河道带内,含水介质为砂及砂卵石,富水性中等-强;在局部地区含水介质为粘性土,富水性弱。碎屑岩类空隙裂隙水分布于河谷两侧,含水介质为白垩系和古近系砂砾岩、砂岩、泥质粉砂岩及粘土岩,富水性弱。碳酸盐岩类裂隙岩溶水分布于新安西北、洛宁、宜阳南,嵩县、栾川的山区,含水介质为寒武系、奥陶系、石炭系灰岩、白云质灰岩、白云岩,岩溶较发育,富水性强 -中等。基岩裂隙水主要分布于南部中山区和中部低山区,含水介质为岩浆岩、变质岩、沉积岩裂隙,富水性弱。

大气降水渗入为区域地下水的主要补给来源。区内大部分地区地势起伏,沟谷水系发育。这种自然地理条件对地下水补给较为不利,但有利于地下水的径流和排泄。

2 矿产资源概况

2.1 矿产资源分布

洛阳市地处东秦岭成矿带,成矿地质条件优越,矿产十分丰富。所辖的熊耳山 -外方山地区地矿是部在全国范围内所选固体矿产勘查“跨世纪工程”25个重点区带之一。南部为内生矿产分布区,金、银、铅、锌、铜、钼、钨多金属及水晶、萤石、热液铁矿等均匀分布于此;北部为沉积矿产分布区,集中分布有铝、沉积铁、铅锌、煤、耐火粘土、熔剂灰岩、白云岩及建材料矿产。

矿产资源具储量大、品位高、品种多、埋藏浅,易于开采利用等特点。丰富的矿产资源为洛阳能源、冶金、建材、化工等行业的发展奠定了良好的物质基础。

2.2 矿产资源开发利用现状

工作区内矿业经济较发达,共有各种类型的矿山企业1500余家。主要开发利用矿产 4种,即煤、铝、金、钼、铅锌等矿产,贫矿多,富矿少,以小型规模为主矿山企业开发为主。

3 矿山地质环境问题

目前开发利用矿产主要为煤、金、铝、钼、铅锌矿等,受开采面积、深度、规模、开采手段、技术等因素影响,易引发地面塌陷、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害,并引发含水层破坏及地形地貌景观破坏等地质环境问题,严重威胁当地居民生命财产安全。

3.1 矿山地质灾害

煤炭矿山地质灾害以地面塌陷、地裂缝为主,例如,新安县、宜阳县煤矿开采历史悠久,地面塌陷、地裂缝对农田、道路、建筑物破坏较严重;非煤矿山在开采过程中,经常发生边坡失稳、滑坡、崩塌和地面裂缝、地面塌陷及泥石流等灾害。矿山排出大量矿渣及尾矿的堆放,经常发生崩塌、滑坡、泥石流,尤其是一些乡镇集体和个人采矿场,在河床、公路两侧开山采矿,乱采滥挖,乱堆乱放,经常把矸石甚至矿石堆放在河床、河口、公路边等处,一遇暴雨造成水土流失,崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害频繁发生,把其尾矿、矸石等冲入河道,造成河道淤塞、甚至冲毁公路而中断交通,给国民经济造成严重损失。例如:栾川 -洛宁 -嵩县多金属矿产开发过程中。固体废弃物年排放量约 750万 t,累计排放量 6 600万 t,废土石沿坡堆放,汛期以引发地质灾害发生;矿山采空区易引发地面塌陷,进一步导致山体崩塌、滑坡的发生;尾矿库数目众多,部分尾矿库工程简单,部分超期服役或带病服役,如遇暴雨、山洪,极有可能溃决,而尾矿库溃决引发的往往是大型泥石流。1996年 8月嵩县祁雨沟泥石流冲毁房屋 500间,汽车16辆,冲走金精粉 56 t,沟内耕地 4.67万 m2,正在开会的 36位职工死亡,4人重伤,经济损失 1 260多万元。

3.2 含水层破坏

矿山开发对地下水资源影响较大,主要表现在已下几方面:

3.2.1 改变了地下水自然流场及补、径、排条件

由于矿产与水资源共存于一个地质体中,在天然条件下,各有自身赋存条件及变化规律,矿产开采(尤其煤矿开采)打破了地下水原有的自然平衡,局部由承压转为无压,导致煤系地层以上裂隙水受到明显的破坏,使原有的含水层变为透水层,原有的水井干枯,泉水断流。

3.2.2 改变了“三水”转化关系

在自然状态下,降水、地表水与地下水存在一定的补排关系,由于矿坑排水在浅部地段,导致“三带”连通,使地表水转化为地下水,涌入矿坑再排出,在下游转化为地下水,地表水、地下水互相转化,相互补给,改变了原有状态下的循环过程。

3.2.3 地下水质恶化

随着矿山的开发,矿区排放大量的废水。值得说明的是,部分金矿山利用氰化物提金技术,虽然这种技术工艺简单,技术成熟,但在生产中拍出的废水、废气和废渣中含有剧毒氰化物,对环境污染尤其严重。矿山建设和生产过程中的矿坑排水,洗矿过程中加入有机和无机药剂而形成的尾矿水,露天矿、排矿堆、尾矿及矸石堆受雨水淋滤、渗透溶解矿物中可溶成份的废水,矿区其他工业和医疗、生活废水等。这些受污染的废水,大部分未经处理,排放后又直接或间接地污染了地表水、地下水。

3.2.4 地下水位下降

形成大面积的水位下降漏斗区,导致部分水源枯竭。

3.3 地形地貌景观破坏

3.3.1 造成土地毁坏

采矿业占用和破坏土地,包括采矿活动所占用的土地(如厂房、工业广场、堆矿场),露天采矿场、为采矿服务的交通设施、采矿生产过程中堆放的大量固体废弃物所占用的土地,以及因矿山开采而产生地面裂缝、变形及地表大面积的塌陷等。废水、废渣的排放对土壤资源造成了严重污染。间接地污染了地表水、地下水和周围农田、土地,造成土地资源的大量毁损。

区境内山地占总面积的 45.5%,丘陵区占总面积40.7%,平原区仅占总面积的 13.8%,显示耕地是有限的,矿山开发矿渣占压耕地常引发矿群紧张的矛盾关系。

3.3.2 山体破损及植被破坏

工作区为重要的旅游胜地,矿山开发对地貌景观破坏性影响十分突出,尤其是在交通沿线、城区、旅游区、自然人文景观保护区,显得更为扎眼。露天采矿对自然地貌景观破坏更为严重,破坏了旅游资源。如:由于人类工程活动引起自然环境改变从而导致龙门石窟周边地区和窟区存在较多地质环境问题,主要为对景区造成污染和安全隐患的石灰窑、采石场和废弃的水坑。龙门石窟周边地区大部分出露的都是碳酸盐岩,风化和岩溶作用都很强烈,尤其是前些年的开山采石的兴起,乱开乱采现象较为严重,不仅影响了景区的总体形象,而且还破坏了岩石的整体结构,为地表水的下渗提供了新的路径,加剧了窟区的岩溶和风化作用。

但随着矿产资源开发利用,尤其小矿山无序开采,矿坑、平硐裸露,矿渣随意堆放,存在众多不安全隐患;同时,矿渣在景区内留下满目仓夷,似景区亮丽风景下的疮疤,严重影响景区的景观质量,在一定程度上阻碍了区内旅游业的发展。区内旅游业发展较快,已审批河南洛阳黛眉山世界级地质公园。以龙门石窟为典型代表的人文旅游资源闻名中外,以嵩县白云山花岗岩地貌、栾川地下溶洞-鸡冠洞以及黛眉山世界级地质公园黛眉山、青要山沉积岩地貌等地质资源更具有重要旅游观光价值。产生了较好的社会效益和经济效益,促使旅游业在洛阳市国民经济发展占有举足轻重的地位。

4 工作方法与评价方法探讨

4.1 技术路线

总体工作技术路线部署遵循“由面到点,先面后点,点面结合”的原则。充分收集前人资料,以填表调查为主,选取典型矿山特采取实地核查,辅以遥感解译、物化探等措施,以取得真实可靠的调查结果。通过资料综合分析、归纳整理,对矿山地质环境现状进行评估,分析矿山地质环境问题发展趋势,提出矿山地质环境保护及矿山生态环境恢复治理的对策建议。条件允许情况下,选取栾川 -洛宁 -嵩县一线多金属矿区等矿山地质问题较严重区域进行有针对性的专题调查研究。

4.2 工作方法与评价方法

1)查明矿山地质环境背景条件及矿山开发和综合整治现状。

2)查明矿山开发引起的地质环境问题及危害,查明矿山地质灾害类型、发育特征、分布规律、形成条件及诱发因素和对环境造成的危害;查明矿业开发对地下水系统的影响与破坏及对土地资源和地质地貌景观的影响与破坏因素等。

3)建立资源毁损、地质灾害、环境污染三要素指标体系,对矿山地质环境质量进行评价。评价方法:本次工作以单个矿山为主要评价对象,以矿业开发产生地质环境问题的危害和灾害损失程度作为评价分级的指标,运用系统控制论建立包括矿区地质灾害、含水层破坏及地形地貌景观破坏三要素及权系数评价系统,采用数学方法计算,最终评价等级。

4)选取地质环境背景条件、区域地质环境问题、地质灾害和人类工程活动强度为子系统,对矿山地质环境发展趋势进行预测。区域地质环境问题与地质灾害的发育程度是地质环境质量的直接指标,地质环境背景条件和人类工程活动是蕴育和促进地质环境问题与地质灾害发生的潜在条件,将三者合并考虑有助于地质环境发展趋势预测。预测方法:仍以单个矿山为主要预测对象,选取地质环境背景条件、区域地质环境问题与地质灾害和人类工程活动程度作为预测子系统,用数学方法计算最终预测结果。

5)提出矿产资源合理开发利用与矿山地质环境整治、矿山生态恢复与重建规划;

6)建立矿山地质环境信息系统。

5 结语

1)通过开展洛阳市矿山地质环境现状调查与评价,查明因矿山开采所产生的地质环境问题和危害,及其对区域地质环境的影响,同时为区内地质公园建设、景区建设以及合理开发矿产资源、保护矿山地质环境、矿山环境整治、矿山生态恢复与重建、实施矿山地质环境监督管理提供基础地质依据。

2)矿山地质环境调查与评价工作属公益性、社会性项目,其价值具有间接性、潜在性和长久性的特点,主要表现在减灾、防灾效益和社会经济效益。矿山地质环境治理工程的实施,改善人居环境和旅游环境,是当地政府建设“碧水蓝天、青山绿地”工程的一部分,必将取得良好的社会效益和经济效益。具有很好的安抚民心效应,体现当地政府打造和谐社会的重要举措。

[1]吴国昌,甄习春.河南省矿山环境问题研究.中国大地出版社,2007.

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1004-1184(2011)01-0145-03

2010-04-01

吕志涛(1968-),男,河南淮滨人,高级工程师,主要从事水工环地质勘查与研究工作。